本發(fā)明屬于電機驅(qū)動控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙電機協(xié)同控制系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代機械裝置中，常常需要對多個電機進行協(xié)同控制，其中最常見的是雙電機協(xié)同控制。比如：裝有兩個獨立動力輪、無差速器的小車，依靠兩個輪子的同步轉(zhuǎn)動實現(xiàn)直線行走，依靠兩輪差速運動實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。再比如驅(qū)動較長軸或柔性軸時采用的雙電機同軸控制，要求兩臺電機高度同步運轉(zhuǎn)。

現(xiàn)有雙電機協(xié)同控制系統(tǒng)采用的是一個指令單元對兩個電機驅(qū)動單元的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，依靠兩個指令的差異或同步來實現(xiàn)對兩個電機的控制。在控制性能要求較高的場合，會引入位置差、速度差閉環(huán)調(diào)節(jié)，但這增加了指令復(fù)雜度，并且對指令頻率要求很高，往往系統(tǒng)造價很高。尤其在多個動力輪驅(qū)動的車輛控制中，通常采用轉(zhuǎn)矩控制方式，橫向并排兩個輪的轉(zhuǎn)速同步性能直接影響車輛行駛方向的操控性能，如果依靠指令單元加入速度差閉環(huán)實現(xiàn)協(xié)同控制，兩臺驅(qū)動器反饋的速度信號會因為各自的晶體振蕩器震蕩頻率之間精度的差別，產(chǎn)生一個無法檢測和補償?shù)恼`差，理論上就無法實現(xiàn)真正的同步控制。實際應(yīng)用中，如果兩臺驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速很高，這個誤差就有可能較大。

綜上所述，現(xiàn)有雙電機控制方法存在以下缺陷：

1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響可靠性；

2、驅(qū)動器間晶體振蕩器頻率之間的差異會影響協(xié)同控制性能；

3、實現(xiàn)位置差、速度差閉環(huán)調(diào)節(jié)的硬件要求和成本太高；

4、未考慮電機參數(shù)差異。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中協(xié)同控制指令復(fù)雜，系統(tǒng)造價高，容易產(chǎn)生誤差和控制精度低的缺陷，而提供一種性價比高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、控制精度高的雙電機協(xié)同控制系統(tǒng)和方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種雙電機協(xié)同控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：第一電機、用來測量所述第一電機轉(zhuǎn)速和/或位置的第一電機傳感器、第二電機、用來測量所述第二電機轉(zhuǎn)速和/或位置的第二電機傳感器和控制器，所述控制器包括主控芯片、電源模塊、第一功率模塊和第二功率模塊；所述主控芯片接收第一電機傳感器和第二電機傳感器的信號以及第一電機和第二電機的電流反饋信號，并通過控制算法分別得到用來驅(qū)動第一電機和第二電機的多相PWM電壓信號，所述電源模塊為第一功率模塊和第二功率模塊提供母線電源，所述第一功率模塊和第二功率模塊分別接收所述多相PWM電壓信號后根據(jù)電源模塊提供的母線電源生成相應(yīng)的多相電壓信號分別驅(qū)動第一電機和第二電機。

進一步地，所述主控芯片得到的多相PWM電壓信號分為U+、U-、V+、V-、W+和W-六路，所述第一功率模塊和第二功率模塊生成的多相電壓信號為三相電壓。

進一步地，所述第一電機傳感器和第二電機傳感器為位置傳感器。

更進一步地，所述第一電機傳感器和第二電機傳感器為速度傳感器。

一種雙電機協(xié)同控制方法，其特征在于，分別對兩電機的電流進行閉環(huán)控制，對兩電機之間的位置差和/或位移差和/或速度差進行閉環(huán)控制。

進一步地，若第一電機傳感器和第二電機傳感器為位置傳感器，對雙電機的位置協(xié)同控制方法為：位置控制中斷開始后，觸發(fā)電流采樣獲得第一電機的反饋電流I1_fb和第二電機的反饋電流I2_fb，同時讀取第一位置傳感器檢測輸出的反饋角位置θ1_fb和第二位置傳感器檢測輸出的反饋角位置θ2_fb；位置差處理器根據(jù)反饋角位置θ1_fb和反饋角位置θ2_fb通過計算處理輸出反饋位置/位移差ΔP_fb，經(jīng)過微分器計算后又輸出反饋速度差ΔV_fb；位置差控制器根據(jù)位置/位移指令P_ref和反饋位置/位移差ΔP_fb的差值ΔP通過計算輸出速度差目標(biāo)值ΔV；速度差控制器根據(jù)速度差目標(biāo)值ΔV和反饋速度差ΔV_fb的差值ΔV’通過計算輸出電流差目標(biāo)值ΔI1和ΔI2；第一電流控制器根據(jù)電流差目標(biāo)值ΔI1和反饋電流I1_fb的差值ΔI’1通過計算輸出驅(qū)動電壓ΔU1，再轉(zhuǎn)化成PWM信號通過第一功率模塊驅(qū)動第一電機；第二電流控制器根據(jù)電流差目標(biāo)值ΔI2和反饋電流I2_fb的差值ΔI’2通過計算輸出驅(qū)動電壓ΔU2，再轉(zhuǎn)化成PWM信號通過第二功率模塊驅(qū)動第二電機。

進一步地，所述第一電機傳感器和第二電機傳感器為位置傳感器，雙電機速度協(xié)同控制方法為：速度控制中斷開始后，觸發(fā)電流采樣獲得第一電機的反饋電流I1_fb和第二電機的反饋電流I2_fb，同時讀取第一位置傳感器檢測輸出的反饋角位置θ1_fb和第二位置傳感器檢測輸出的反饋角位置θ2_fb；位置差處理器根據(jù)反饋角位置θ1_fb和反饋角位置θ2_fb通過計算處理輸出反饋位置/位移差ΔP_fb，經(jīng)過微分器計算后又輸出反饋速度差ΔV_fb；速度差控制器根據(jù)速度指令V_ref和反饋速度差ΔV_fb的差值ΔV通過計算輸出電流差目標(biāo)值ΔI1和ΔI2；第一電流控制器根據(jù)電流差目標(biāo)值ΔI1和反饋電流I1_fb的差值ΔI’1通過計算輸出驅(qū)動電壓ΔU1，再轉(zhuǎn)化成PWM信號通過第一功率模塊驅(qū)動第一電機；第二電流控制器根據(jù)電流差目標(biāo)值ΔI2和反饋電流I2_fb的差值ΔI’2通過計算輸出驅(qū)動電壓ΔU2，再轉(zhuǎn)化成PWM信號通過第二功率模塊驅(qū)動第二電機。

進一步地，所述第一電機傳感器和第二電機傳感器為速度傳感器，雙電機速度協(xié)同控制方法為：速度控制中斷開始后，觸發(fā)電流采樣獲得第一電機的反饋電流I1_fb和第二電機的反饋電流I2_fb，同時讀取第一速度傳感器檢測輸出的反饋速度V1_fb和第二速度傳感器檢測輸出的反饋速度V2_fb；速度差處理器根據(jù)反饋速度V1_fb和反饋速度V2_fb通過計算處理輸出反饋速度差ΔV_fb；速度差控制器根據(jù)速度指令V_ref和反饋速度差ΔV_fb的差值ΔV通過計算輸出電流差目標(biāo)值ΔI1和ΔI2；電流1控制器根據(jù)電流差目標(biāo)值ΔI1和反饋電流I1_fb的差值ΔI’1通過計算輸出驅(qū)動電壓ΔU1，再轉(zhuǎn)化成PWM信號通過第一功率模塊驅(qū)動第一電機；第二電流控制器根據(jù)電流差目標(biāo)值ΔI2和反饋電流I2_fb的差值ΔI’2通過計算輸出驅(qū)動電壓ΔU2，再轉(zhuǎn)化成PWM信號通過第二功率模塊驅(qū)動第二電機。

進一步地，所述雙電機協(xié)同控制方法還包括轉(zhuǎn)矩協(xié)同控制，所述第一電機傳感器和第二電機傳感器為位置傳感器，雙電機轉(zhuǎn)矩協(xié)同控制方法為：轉(zhuǎn)矩控制中斷開始后，觸發(fā)電流采樣獲得第一電機反饋電流I1_fb和第二電機反饋電流I2_fb，同時讀取第一位置位置傳感器檢測輸出的反饋角位置θ1_fb和第二位置傳感器檢測輸出的反饋角位置θ2_fb；位置差處理器根據(jù)反饋角位置θ1_fb和反饋角位置θ2_fb通過計算處理輸出反饋位置差或位移ΔP_fb，經(jīng)過微分器計算后又輸出反饋速度差ΔV_fb；轉(zhuǎn)矩處理器根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令T_ref和反饋速度差ΔV_fb計算處理輸出電流目標(biāo)值I_ref和速度目標(biāo)值V_ref；速度差控制器根據(jù)速度目標(biāo)值V_ref和反饋速度差ΔV_fb的差值ΔV通過計算輸出電流差目標(biāo)值ΔI1和ΔI2；電流1控制器根據(jù)電流目標(biāo)值I_ref、電流差目標(biāo)值ΔI1和反饋電流I1_fb的計算值ΔI’1通過計算輸出驅(qū)動電壓ΔU1，再轉(zhuǎn)化成PWM信號通過功第一率模塊驅(qū)動第一電機；第二電流控制器根據(jù)電流目標(biāo)值I_ref、電流差目標(biāo)值ΔI2和反饋電流I2_fb的計算值ΔI’2通過計算輸出驅(qū)動電壓ΔU2，再轉(zhuǎn)化成PWM信號通過第二功率模塊驅(qū)動第二電機。

更進一步地，所述雙電機協(xié)同控制方法還包括轉(zhuǎn)矩協(xié)同控制，所述第一電機傳感器和第二電機傳感器為速度傳感器，雙電機轉(zhuǎn)矩協(xié)同控制方法為：轉(zhuǎn)矩控制中斷開始后，觸發(fā)電流采樣獲得第一電機的反饋電流I1_fb和第二電機的反饋電流I2_fb，同時讀取第一速度傳感器檢測輸出的反饋速度V1_fb和第二速度傳感器檢測輸出的反饋速度V2_fb；速度差處理器根據(jù)反饋速度V1_fb和反饋速度V2_fb通過計算處理輸出反饋速度差ΔV_fb；轉(zhuǎn)矩處理器根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令T_ref和反饋速度差ΔV_fb計算處理輸出電流目標(biāo)值I_ref和速度目標(biāo)值V_ref；速度差控制器根據(jù)速度目標(biāo)值V_ref和反饋速度差ΔV_fb的差值ΔV通過計算輸出電流差目標(biāo)值ΔI1和ΔI2；第一電流控制器根據(jù)電流目標(biāo)值I_ref、電流差目標(biāo)值ΔI1和反饋電流I1_fb的計算值ΔI’1通過計算輸出驅(qū)動電壓ΔU1，再轉(zhuǎn)化成PWM信號通過第一功率模塊驅(qū)動第一電機；第二電流控制器根據(jù)電流目標(biāo)值I_ref、電流差目標(biāo)值ΔI2和反饋電流I2_fb的計算值ΔI’2通過計算輸出驅(qū)動電壓ΔU2，再轉(zhuǎn)化成PWM信號通過第二功率模塊驅(qū)動第二電機。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明顯而易見地具有以下有益效果：

1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高；

2、消除了驅(qū)動器間晶體振蕩器頻率之間的差異，提高了協(xié)同控制性能；

3、方便實現(xiàn)位置差、速度差閉環(huán)調(diào)節(jié)，性價比高；

4、準(zhǔn)確獲得電機參數(shù)差異，控制精度高。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

圖1是本發(fā)明的雙電機協(xié)同控制系統(tǒng)；

圖2是本發(fā)明實施例1位置控制框圖；

圖3是本發(fā)明實施例1位置控制流程圖；

圖4是本發(fā)明實施例1速度控制框圖；

圖5是本發(fā)明實施例1速度控制流程圖；

圖6是本發(fā)明實施例1轉(zhuǎn)矩控制框圖；

圖7是本發(fā)明實施例1轉(zhuǎn)矩控制流程圖；

圖8是本發(fā)明實施例2速度控制框圖；

圖9是本發(fā)明實施例2速度控制流程圖；

圖10是本發(fā)明實施例2轉(zhuǎn)矩控制框圖；

圖11是本發(fā)明實施例2轉(zhuǎn)矩控制流程圖。

圖中：11、第一電機，12、第二電機，21、第一電機傳感器，211、第一位置傳感器，212、第一速度傳感器，22、第二電機傳感器，221、第一位置傳感器，222、第二速度傳感器，3、控制器，31、主控芯片，32、電源模塊，33、第一功率模塊，34、第二功率模塊，4、位置差處理器，5、微分器，6、速度差控制器，71、第一電流控制器，72、第二電流控制機器，8、轉(zhuǎn)矩處理器，9、位置差控制器，10、速度差處理器。

具體實施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。

如圖1所示的雙電機協(xié)同控制系統(tǒng)，包括：第一電機11、用來測量第一電機11轉(zhuǎn)速和/或位置的第一電機傳感器21、第二電機12、用來測量第二電機12轉(zhuǎn)速和/或位置的第二電機傳感器22和控制器3，控制器3包括主控芯片31、電源模塊32、第一功率模塊33和第二功率模塊34；主控芯片31接收第一電機傳感器21和第二電機傳感器22的信號以及第一電機11和第二電機12的電流反饋信號，并通過控制算法分別得到用來驅(qū)動第一電機11和第二電機12的多相PWM信號，電源模塊32為第一功率模塊33和第二功率模塊34提供母線電源，為主控芯片31提供弱電(如5V或3.3V)，第一功率模塊33和第二功率模塊34分別接收多相PWM電壓信號后根據(jù)電源模塊32提供的母線電源生成相應(yīng)的多相電壓信號分別驅(qū)動第一電機11和第二電機12。

具體地，主控芯片31通過控制算法分別獲得用來驅(qū)動第一電機11的U1+、U1-、V1+、V1-、W1+和W1-六路PWM信號和用來驅(qū)動第二電機12的U2+、U2-、V2+、V2-、W2+和W2-六路PWM信號，分別傳送給第一功率模塊33和第二功率模塊34；第一功率模塊33根據(jù)電源模塊32提供的母線電源和主控芯片31提供的PWM信號，生成U1、V1、W1三相電壓信號驅(qū)動第一電機11；第二功率模塊34根據(jù)電源模塊32提供的母線電源和主控芯片31提供的PWM信號，生成U2、V2、W2三相電壓信號驅(qū)動第二電機12。

本發(fā)明中的電機和電機傳感器可為：直流有刷電機+編碼器、永磁同步電機+三霍爾傳感器、永磁電機+編碼器和異步感應(yīng)電機+編碼器等。

實施例1

本實施例中第一電機傳感器21和第二電機傳感器22為位置傳感器，分別對雙電機的位置/位移、速度和轉(zhuǎn)矩進行協(xié)同控制。

本實施例中，對第一電機11和第二電機12的電流分別進行閉環(huán)控制，對第一電機11和第二電機12的各自位置和速度不再分別進行閉環(huán)控制，而是對第一電機11和第二電機12之間的位置差和速度差進行閉環(huán)控制。

如圖2和圖3所示，對雙電機的位置協(xié)同控制方法為：位置控制中斷開始后，觸發(fā)電流采樣獲得第一電機11的反饋電流I1_fb和第二電機12的反饋電流I2_fb，同時讀取第一位置傳感器211檢測輸出的反饋角位置θ1_fb和第二位置傳感器221檢測輸出的反饋角位置θ2_fb；位置差處理器4根據(jù)反饋角位置θ1_fb和反饋角位置θ2_fb通過計算處理輸出反饋位置/位移差ΔP_fb，經(jīng)過微分器5計算后又輸出反饋速度差ΔV_fb；位置差控制器9根據(jù)位置/位移指令P_ref和反饋位置/位移差ΔP_fb的差值ΔP通過計算輸出速度差目標(biāo)值ΔV；速度差控制器6根據(jù)速度差目標(biāo)值ΔV和反饋速度差ΔV_fb的差值ΔV’通過計算輸出電流差目標(biāo)值ΔI1和ΔI2；第一電流控制器71根據(jù)電流差目標(biāo)值ΔI1和反饋電流I1_fb的差值ΔI’1通過計算輸出驅(qū)動電壓ΔU1，再轉(zhuǎn)化成PWM信號通過第一功率模塊33驅(qū)動第一電機11；第二電流控制器72根據(jù)電流差目標(biāo)值ΔI2和反饋電流I2_fb的差值ΔI’2通過計算輸出驅(qū)動電壓ΔU2，再轉(zhuǎn)化成PWM信號通過第二功率模塊34驅(qū)動第二電機12。

如圖4和圖5所示，雙電機速度協(xié)同控制方法為：速度控制中斷開始后，觸發(fā)電流采樣獲得第一電機11的反饋電流I1_fb和第二電機12的反饋電流I2_fb，同時讀取第一位置傳感器211檢測輸出的反饋角位置θ1_fb和第二位置傳感器221檢測輸出的反饋角位置θ2_fb；位置差處理器4根據(jù)反饋角位置θ1_fb和反饋角位置θ2_fb通過計算處理輸出反饋位置/位移差ΔP_fb，經(jīng)過微分器5計算后又輸出反饋速度差ΔV_fb；速度差控制器6根據(jù)速度指令V_ref和反饋速度差ΔV_fb的差值ΔV通過計算輸出電流差目標(biāo)值ΔI1和ΔI2；第一電流控制器71根據(jù)電流差目標(biāo)值ΔI1和反饋電流I1_fb的差值ΔI’1通過計算輸出驅(qū)動電壓ΔU1，再轉(zhuǎn)化成PWM信號通過第一功率模塊33驅(qū)動第一電機11；第二電流控制器72根據(jù)電流差目標(biāo)值ΔI2和反饋電流I2_fb的差值ΔI’2通過計算輸出驅(qū)動電壓ΔU2，再轉(zhuǎn)化成PWM信號通過第二功率模塊34驅(qū)動第二電機12。

如圖6和圖7所示，雙電機協(xié)同控制方法還包括轉(zhuǎn)矩協(xié)同控制，第一電機傳感器21和第二電機傳感器22為位置傳感器，雙電機轉(zhuǎn)矩協(xié)同控制方法為：轉(zhuǎn)矩控制中斷開始后，觸發(fā)電流采樣獲得第一電機11反饋電流I1_fb和第二電機12反饋電流I2_fb，同時讀取第一位置傳感器211檢測輸出的反饋角位置θ1_fb和第二位置傳感器221檢測輸出的反饋角位置θ2_fb；位置差處理器4根據(jù)反饋角位置θ1_fb和反饋角位置θ2_fb通過計算處理輸出反饋位置差或位移ΔP_fb，經(jīng)過微分器5計算后又輸出反饋速度差ΔV_fb；轉(zhuǎn)矩處理器8根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令T_ref和反饋速度差ΔV_fb計算處理輸出電流目標(biāo)值I_ref和速度目標(biāo)值V_ref；速度差控制器6根據(jù)速度目標(biāo)值V_ref和反饋速度差ΔV_fb的差值ΔV通過計算輸出電流差目標(biāo)值ΔI1和ΔI2；第一電流控制器71根據(jù)電流目標(biāo)值I_ref、電流差目標(biāo)值ΔI1和反饋電流I1_fb的計算值ΔI’1通過計算輸出驅(qū)動電壓ΔU1，再轉(zhuǎn)化成PWM信號通過功第一功率模塊驅(qū)動第一電機11；第二電流控制器72根據(jù)電流目標(biāo)值I_ref、電流差目標(biāo)值ΔI2和反饋電流I2_fb的計算值ΔI’2通過計算輸出驅(qū)動電壓ΔU2，再轉(zhuǎn)化成PWM信號通過第二功率模塊34驅(qū)動第二電機12。

實施例2

本實施例中，第一電機傳感器21和第二電機傳感器22為速度傳感器，如圖8和圖9所示，雙電機速度協(xié)同控制方法為：速度控制中斷開始后，觸發(fā)電流采樣獲得第一電機11的反饋電流I1_fb和第二電機12的反饋電流I2_fb，同時讀取第一速度傳感器212檢測輸出的反饋速度V1_fb和第二速度傳感器222檢測輸出的反饋速度V2_fb；速度差處理器10根據(jù)反饋速度V1_fb和反饋速度V2_fb通過計算處理輸出反饋速度差ΔV_fb；速度差控制器6根據(jù)速度指令V_ref和反饋速度差ΔV_fb的差值ΔV通過計算輸出電流差目標(biāo)值ΔI1和ΔI2；第一電流控制器(71)根據(jù)電流差目標(biāo)值ΔI1和反饋電流I1_fb的差值ΔI’1通過計算輸出驅(qū)動電壓ΔU1，再轉(zhuǎn)化成PWM信號通過第一功率模塊33驅(qū)動第一電機11；第二電流控制器72根據(jù)電流差目標(biāo)值ΔI2和反饋電流I2_fb的差值ΔI’2通過計算輸出驅(qū)動電壓ΔU2，再轉(zhuǎn)化成PWM信號通過第二功率模塊34驅(qū)動第二電機12。

如圖10和圖11所示，雙電機轉(zhuǎn)矩協(xié)同控制方法為：轉(zhuǎn)矩控制中斷開始后，觸發(fā)電流采樣獲得第一電機11的反饋電流I1_fb和第二電機12的反饋電流I2_fb，同時讀取第一速度傳感器212檢測輸出的反饋速度V1_fb和第二速度傳感器222檢測輸出的反饋速度V2_fb；速度差處理器10根據(jù)反饋速度V1_fb和反饋速度V2_fb通過計算處理輸出反饋速度差ΔV_fb；轉(zhuǎn)矩處理器8根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令T_ref和反饋速度差ΔV_fb計算處理輸出電流目標(biāo)值I_ref和速度目標(biāo)值V_ref；速度差控制器6根據(jù)速度目標(biāo)值V_ref和反饋速度差ΔV_fb的差值ΔV通過計算輸出電流差目標(biāo)值ΔI1和ΔI2；第一電流控制器71根據(jù)電流目標(biāo)值I_ref、電流差目標(biāo)值ΔI1和反饋電流I1_fb的計算值ΔI’1通過計算輸出驅(qū)動電壓ΔU1，再轉(zhuǎn)化成PWM信號通過第一功率模塊33驅(qū)動第一電機11；第二電流控制器72根據(jù)電流目標(biāo)值I_ref、電流差目標(biāo)值ΔI2和反饋電流I2_fb的計算值ΔI’2通過計算輸出驅(qū)動電壓ΔU2，再轉(zhuǎn)化成PWM信號通過第二功率模塊34驅(qū)動第二電機12。

應(yīng)當(dāng)理解，以上所描述的具體實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。由本發(fā)明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之中。